CN110732799A - 一种785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极氩弧焊焊丝及其应用 - Google Patents

一种785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极氩弧焊焊丝及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极氩弧焊焊丝及其应用，属于焊接材料技术领域。该焊丝化学成分为(wt.％)：C：0.02‑0.07％，Cr：0.20‑1.20％，Ni：5.0‑8.0％，Mo：0.30‑0.90％，Mn：0.7‑1.50％，Si：0.20‑0.50％，V≤0.25％，余量为铁及不可避免的杂质。本发明焊丝适用于海洋工程结构件焊接，焊接时，飞溅小，过程稳定，工艺性能好。本发明高强高韧钨极氩弧焊丝能够得到符合要求性能的焊缝。

Description

一种785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极氩弧焊焊丝及其 应用
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种785MPa级海洋工程用 钢的高强高韧钨极氩弧焊焊丝及其应用，该焊丝应用于海洋工程结构件焊 接。
背景技术
海洋产业在拉动经济发展方面的作用被寄予厚望，加快开发利用海洋 资源是我国重要的战略方向，在此背景下，海洋工程材料作为海洋产业的 基础也得到快速发展，其中海洋工程用钢的研发制造水平不断进步，向着 高强、高韧、易焊接、大规格、耐低温和耐腐蚀等方面发展。海工钢的应 用离不开相应的焊接技术及焊接材料，焊接接头的可靠性对海洋工程构件 的安全性至关重要，但目前国内相应焊接材料的开发还相对滞后。
我国经过对焊接材料的长期研究，已经实现了部分焊接材料的国产 化，但是，一些关键部位高强钢焊接构件所需用的焊接材料仍需要进口， 我国高强钢配套焊接材料和国外还有一定的差距，比如自升式海洋平台中 的桩腿机构(齿条板，半圆板)与悬臂梁等关键部位焊接所用的屈服强度 为690MPa级别的高强高韧海工钢焊接材料，仍需进口国外的产品。德国 伯乐公司和瑞士奥林康公司生产的Mn-Ni-Cr-Mo合金体系T Union GM120和CARBOFIL 2NiMoCr高强钢焊丝，其熔敷金属强度高于 890MPa，且具有较好的低温韧性(-60℃60J)。国内对高强钢配套焊接材 料的研究也取得一定的成果，哈尔滨焊接研究所研制了熔敷金属屈服强度 达到890MPa，-60℃冲击功大于47J的高强钢气体保护焊丝。沈阳航空航天大学研制成功了一种利用Ti、B和Zr微合金化的高强钢焊丝，在纯Ar 气体保护下熔敷金属屈服强度达到900MPa，在-60℃的冲击功可达50J。 武汉科技大学研制一种1000MPa级工程机械用高强钢的配套焊丝，焊缝 金属的屈服强度达到850MPa，-20℃冲击吸收功达到53J。但目前现有的 这些国内外焊材仍不能满足785MPa级高强高韧海工钢焊接接头高强韧性的使用性能要求，加快研发高强高韧海工钢配套焊材对于促进我国海洋 工程制造业的快速发展具有非常重要的意义。
发明内容
为了解决国内785MPa级高强高韧海工钢无配套高强高韧焊丝的问 题，本发明的目的在于提供一种785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极 氩弧焊焊丝及其应用，该焊丝适用于海洋工程关键结构部件的焊接。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极氩弧焊焊丝，按重量百 分比计，该焊丝的化学成分如下：
C：0.02-0.07％，Cr：0.20-1.20％，Ni：5.0-8.0％，Mo：0.30-0.90％， Mn：0.7-1.50％，Si：0.20-0.50％，V≤0.25％，余量为铁及不可避免的杂 质。
按重量百分比计，该焊丝的各化学成分优选含量范围如下：
C：0.025-0.05％，Cr：0.25-1.10％，Ni：5.20-6.0％，Mo：0.45-0.90％， Mn：0.90-1.45％，Si：0.25-0.40％，V：0.01-0.25％，余量为铁及不可避免 的杂质。
该焊丝化学成分中：P≤0.02wt.％，S≤0.02wt.％。
该不锈钢焊丝可采用真空感应炉冶炼生产，亦可采用电炉加炉外精炼 方法冶炼生产，只要焊丝最终的化学成分能满足以上范围的要求即可。
该焊丝应用于785MPa级海洋工程用钢结构件的焊接，焊接过程为： 取规格为Φ1.2mm焊丝，采用TIG焊，接头形式为对接，焊接参数为： 焊接电流170-190A，电弧电压11-16V，电流种类/极性DCEN，焊接速度 0.07-0.13m/min，电弧保护采用99.99％高纯度氩气，氩气流量13-16L/min； 焊接后获得焊缝熔敷金属。
本发明具有以下优点：
1、经实验验证，本发明785MPa级高强高韧钨极氩弧焊丝适用于海 洋工程结构件的焊接。
2、利用本发明785MPa级高强高韧钨极氩弧焊丝焊接时，焊接过程 飞溅小，过程稳定，工艺性能好，熔敷金属性能符合要求。
3、本发明785MPa级高强高韧钨极氩弧焊丝能够得到符合要求性能 的焊缝。
4、本发明785MPa级高强高韧钨极氩弧焊丝的熔敷金属符合如下性 能要求：熔敷金属室温拉伸性能要求：屈服强度Rp0.2≥785MPa，延伸率 A≥14％；熔敷金属-60℃下冲击性能要求：KV2(-60℃)≥80J。
附图说明
图1为本发明焊接接头形式。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详述本发明。
本发明提供一种785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极氩弧焊焊 丝，该焊丝可采用真空感应炉冶炼生产，亦可采用电炉加炉外精炼方法冶 炼生产，只要焊丝最终的化学成分能满足所限定的焊丝成分即可；此外， 焊丝的整个冶炼生产过程及加工过程与普通的不锈钢焊丝没有差异。各实 施例及对比例的焊丝化学成分如下：
实施例1：
该焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.031％、Cr：1.04％、Ni：5.52％、Mo：0.71％、Mn：1.08％、Si： 0.40％、V<0.01％、P：0.004％、S：0.0022％，其余成分为铁及不可避免 的杂质。
实施例2：
该焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.033％、Cr：1.05％、Ni：5.66％、Mo：0.74％、Mn：1.09％、Si： 0.39％、V：0.10％、P：0.004％、S：0.0022％，其余成分为铁及不可避免 的杂质。
实施例3：
该焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.034％、Cr：1.04％、Ni：5.60％、Mo：0.72％、Mn：1.12％、Si： 0.40％、V：0.20％、P：0.005％、S：0.002％，其余成分为铁及不可避免 的杂质。
实施例4：
该焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.042％、Cr：0.35％、Ni：5.40％、Mo：0.71％、Mn：1.01％、Si： 0.35％、V：0.053％、P：0.004％、S：0.002％，其余成分为铁及不可避免 的杂质。
实施例5：
该焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.041％、Cr：0.27％、Ni：5.42％、Mo：0.46％、Mn：1.44％、Si： 0.30％、V：0.01％、P：0.006％、S：0.003％，其余成分为铁及不可避免 的杂质。
实施例6：
该焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.028％、Cr：0.50％、Ni：5.46％、Mo：0.68％、Mn：1.05％、Si： 0.38％、V：0.19％、P：0.005％、S：0.004％，其余成分为铁及不可避免 的杂质。
比较例1：
该焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.084％、Cr：1.10％、Ni：5.64％、Mo：0.70％、Mn：1.06％、Si： 0.42％、V：0.14％、P：0.004％、S：0.0022％，其余成分为铁及不可避免 的杂质。
比较例2：
该焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.11％、Cr：1.0％、Ni：5.46％、Mo：0.71％、Mn：1.07％、Si： 0.43％、V：0.14％、P：0.005％、S：0.0017％，其余成分为铁及不可避免 的杂质。
比较例3：
该焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.058％、Cr：0.95％、Ni：5.38％、Mo：0.74％、Mn：0.52％、Si： 0.14％、V：0.051％、P：0.004％、S：0.003％，其余成分为铁及不可避免 的杂质。
比较例4：
该焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.11％、Cr：0.92％、Ni：4.39％、Mo：0.75％、Mn：0.52％、Si： 0.14％、V：0.066％、P：0.004％、S：0.003％，其余成分为铁及不可避免 的杂质。
比较例5：
该焊丝的基本化学成分为(重量比)：
C：0.067％、Cr：0.90％、Ni：3.95％、Mo：0.76％、Mn：1.75％、Si： 0.12％、V：0.067％、P：0.005％、S：0.003％，其余成分为铁及不可避免 的杂质。
采用上述实施例及对比例中焊丝进行785MPa级海洋工程用钢结构 件的焊接，焊接过程采用TIG焊，接头形式为对接(图1)，焊接后获得 焊缝熔敷金属。
以上实施例和比较例焊接后焊缝熔敷金属的性能测试结果如表1所 示。
表1实施例和比较例的室温拉伸性能及低温冲击性能测试结果
Figure BDA0002155348920000061
Figure BDA0002155348920000071
以上实施例和比较例测试结果的焊接试验条件如表2所示，所用焊接 接头形式如图1所示。
表2焊接试验条件
Figure BDA0002155348920000072
本发明对785MPa级海工钢高强高韧钨极氩弧焊丝的熔敷金属的性 能设计要求是：
室温屈服强度Rp0.2≥785MPa、延伸率A≥14％，-60℃冲击功KV2≥80J。
从实施例1-6、比较例1-5、表1可以看出：
采用本发明设计的焊丝化学成分，实施例1-6满足本发明的性能设计 要求。比较例1和2中，焊丝的C含量未在本发明技术方案的范围内， 其-60℃冲击功未满足本发明的设计要求；比较例3中，焊丝的Si和Mn 含量未在本发明技术方案的范围内，其延伸率及-60℃冲击功未满足本发 明的设计要求；比较例4中，焊丝的C、Si和Mn含量未在本发明技术方 案的范围内，其屈服强度、延伸率及-60℃冲击功未满足本发明的设计要 求；比较例5中，焊丝的Ni、Mn和Si含量未在本发明技术方案的范围 内，其延伸率及-60℃冲击功未满足本发明的设计要求。

Claims (6)

1.一种785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极氩弧焊焊丝，其特征在于：按重量百分比计，该焊丝的化学成分如下：
C：0.02-0.07％，Cr：0.20-1.20％，Ni：5.0-8.0％，Mo：0.30-0.90％，Mn：0.7-1.50％，Si：0.20-0.50％，V≤0.25％，余量为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极氩弧焊焊丝，其特征在于：按重量百分比计，该焊丝的化学成分如下：
C：0.025-0.05％，Cr：0.25-1.10％，Ni：5.20-6.0％，Mo：0.45-0.90％，Mn：0.90-1.45％，Si：0.25-0.40％，V：0.01-0.25％，余量为铁及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极氩弧焊焊丝，其特征在于：该焊丝化学成分中：P≤0.02wt.％，S≤0.02wt.％。
4.根据权利要求1所述的785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极氩弧焊焊丝的应用，其特征在于：该焊丝应用于785MPa级海洋工程用钢结构件的焊接。
5.根据权利要求4所述的785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极氩弧焊焊丝的应用，其特征在于：该焊丝焊接过程为：取规格为Φ1.2mm焊丝，采用TIG焊，接头形式为对接，焊接参数为：焊接电流170-190A，电弧电压11-16V，电流种类/极性DCEN，焊接速度0.07-0.13m/min，电弧保护采用99.99％高纯度氩气，氩气流量13-16L/min；焊接后获得焊缝熔敷金属。
6.根据权利要求5所述的785MPa级海洋工程用钢的高强高韧钨极氩弧焊焊丝的应用，其特征在于：焊接后获得的焊缝熔敷金属的性能如下：
熔敷金属室温条件下拉伸性能为：屈服强度Rp0.2≥785MPa，延伸率A≥14％；
熔敷金属-60℃下冲击性能为：KV2(-60℃)≥80J。
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